基于缓蚀剂协同效应的镁合金自修复涂层制备及修复机制研究

Mg alloy parts are inevitable to be crashed or scratched. Once the coatings are damaged, corrosion can quickly occur then propagate toward the interior of Mg substrate. Self-repairing is an ideal method to solve this question. However, Mg alloys do not possess excellent self-passivating ability as Al and Ti. Also，the current coatings cannot satisfy this requirement. Thus, a dual self-repairing coating is designed in this project, namely, inorganic inhibitors are filled in the pores of MAO film and then cover the organic coating sealant mixed with organic inhibitors. The effect of pore size and wettability of inhibitors on the capillary phenomenon can be clarified by adjust the pore status and inhibitor types, aiming to obtain good filling effect. The microstructure of self-repairing film and its effect on the electrode reaction are studied to disclose the synergistic action mechanism of organic and inorganic inhibitors. The constituent, quantity and migration rate of inhibitors are studied to clarify the migration path of inhibitors and further to determine the dual self-repairing mechanism. These results can provide guidance for the development of self-repairing coatings with quick repairing rate for large size defects.

镁合金部件在使用过程中不可避免受到划伤或碰撞，一旦涂层破损，该处随即发生腐蚀并迅速向镁基体内部扩展，危及安全服役。部件破损后若能自行修复将是解决这一问题的理想办法，但镁合金并非像铝、钛那样具有极佳的自钝化性，因此自修复功能的需求只好赋予涂层。然而，现有的防护涂层尚无法满足这一需求。为此，我们提出双重自修复涂层的新思路，即将无机成膜型缓蚀剂填充到微弧氧化膜的微孔中，同时在表面有机涂层中掺杂有机吸附型缓蚀剂，涂层破损后，这两种缓蚀剂将参与并协同修复涂层。通过改变不同微孔状态及缓蚀剂种类,明确微孔尺寸及缓蚀剂的润湿性对填充过程毛细现象的影响规律，获得良好的缓蚀剂填充效果；研究缓蚀剂在修复层中的存在状态及其对电极反应过程的影响，澄清两种缓蚀剂的协同作用机制；研究涂层破损区域缓蚀剂的结构、数量和迁移速率，明确缓蚀剂的迁移路径，揭示双重自修复机制，为发展可快速修复大尺寸缺陷的自修复涂层提供指导。

镁合金的耐蚀性差，使用时需要进行表面防护。然而防护涂层在服役过程中，一旦发生老化或破损，腐蚀将会从破损处萌生，加速镁合金的失效。可释放缓蚀剂的自修复涂层是解决这一问题的有效途径。本项目制备了一种双重自修复涂层，即在微弧氧化膜的微孔中填充无机成膜型缓蚀剂Na3PO4，并在表面有机涂层中掺杂有机吸附型缓蚀剂MBT，利用两种缓蚀剂的协同作用获得了优异的自修复效果，并研究了缓蚀剂的释放、迁移及协同修复机制，取得的重要发现如下：. 无机缓蚀剂Na3PO4和有机缓蚀剂MBT对AM60镁合金具有协同缓蚀作用，源于Na3PO4对MBT溶解度的提高和MBT在产物膜缺陷区的吸附，将两者用于双重自修复涂层的制备是可行的。利用毛细作用原理，通过真空浸渍方法，将更多的Na3PO4填充到微弧氧化膜的微孔中，获得了比常压填充方式更佳的自修复效果。微弧氧化膜微孔尺寸有双重影响，即尺寸大，填充更多缓蚀剂，自修复性好；尺寸小，自修复性差，但MAO膜自身耐蚀性好，可以根据实际需求选择适宜的微孔尺寸。双重自修复涂层的修复机制为：在腐蚀介质中高溶解度的Na3PO4能够从划痕处裸露的微弧氧化膜中快速释放，对自修复起到主要作用，同时有机涂层中释放少量MBT，吸附在自修复产物的缺陷处，进一步增强了涂层的自修复性能，且MBT释放寿命较长，能有效提高涂层的长效自修复能力。在大气环境中，自修复涂层能有效减缓涂层破损处的腐蚀，划痕较宽时，自修复涂层对划痕处的腐蚀抑制作用仍然较强。 . 本项目按计划完成了所有研究内容，获得了具有优异自修复能力的镁合金防护涂层，并澄清了缓蚀剂的协同作用机制及双重修复机理，为新型自修复涂层的发展提供了理论依据。本项目总计发表SCI论文6篇，授权中国发明专利1项，做国内和国际会议分会邀请报告3次。